一种基于虚拟摄像机的视频监控方法及装置与流程

本发明属于视频监控技术领域，具体涉及一种基于虚拟摄像机的视频监控方法及装置。

背景技术：

视频监控系统是安全防范系统的重要组成部分，其广泛应用于各种场所(例如作业场所、办公场所、娱乐场所、家庭等)的安全监控。在现有技术条件下，视频监控系统通常由监控设备端(即摄像头)、和监控终端(即视频终端)组成。

对同一个场景监控，因为各级部门的监控平台(即视频终端)对接方式不同，所兼容的协议不同，因为为了各个视频终端均能正常进行监控，所以需要部署了根据视频终端所兼容的协议设置相应的数量的摄像机以满足要求各个视频终端的要求，这样就造成了摄像机的部署冗余，监控成本高。

为解决摄像机部署冗余、成本高的问题，提出了一种对摄像机启用多码流的方法，前端的网络视频设备(包含网络摄像机或者视频编码器)支持同时生成多个视频码流，这些视频码流是完全独立配置的，可以分别为不同的分辨率、不同的帧速、不同的压缩比率或者不同的编码方式(H.264，MPEG-4或者MJPEG等)，以满足不同的网络访问需求。

这样通过一个摄像机即可兼容不同监控平台，且有效解决了部署冗余问题。由于同时输出多路码流，对摄像机的性能要求很高，直接导致设备成本增加。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于虚拟摄像机的视频监控方法及装置，能有效解决多视频监控系统中摄像机部署冗余的问题。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种基于虚拟摄像机的视频监控方法，应用于视频监控系统，所述视频监控系统包括摄像机，以及向所述摄像机请求视频流的视频终端，所述基于虚拟摄像机的视频监控方法，包括：

接收来自摄像机的基本流视频数据，虚拟出预定数量的虚拟摄像机；

接收到来自视频终端的码流请求，并为接收到的码流请求分配虚拟摄像机作为该视频终端对应的发流端；

向所述发流端发送基本流视频数据，根据码流请求对应的码流封装格式将所述发流端接收的基本流视频数据封装后发送给相应的视频终端。

本发明的视频监控系统指多个视频终端同时监控同一个应用场景，基于本发明的方法对于监控的场景仅需要设置一个摄像机(物理摄像机)即可。

需要说明的是，码流请求携带有视频终端请求码流的封装协议，接收到后需要对该码流请求进行解析，然后根据解析结果将基本流视频数据封装成相应的格式。这样，通过设置多个虚拟摄像机，使各个视频终端与虚拟摄像机对接，即可达到一个物理摄像机兼容不同的协议的目的。

作为优选，所述基于虚拟摄像机的视频监控方法，还包括为虚拟出的每个虚拟摄像机设置对应的虚拟VLAN；

所述基于虚拟摄像机的视频监控方法，还包括：

维护虚拟摄像机使用情况表，所述虚拟摄像机使用情况表包括虚拟摄像机编号、虚拟摄像机对应的VLAN、虚拟摄像机IP、兼容平台协议和使用情况。

本发明中虚拟出的每个虚拟摄像机独立对应一个IP地址，且通过为每个虚拟摄像机对应虚拟出一个虚拟VLAN使所述虚拟摄像机之间相互隔离。

为便于实现，所述基于虚拟摄像机的视频监控方法，还包括：

维护媒体流发送表，所述媒体流发送表包括虚拟摄像机编号、码流封装格式、目的端口、源端口、目的IP和源IP。

作为优选，所述的基于虚拟摄像机的视频监控方法，还包括设定各个虚拟摄像机的优先级；

所述为接收到的码流请求分配虚拟摄像机作为该视频终端对应的发流端包括：根据虚拟摄像机的优先级从未分配的虚拟摄像机中为接收到的码流请求分配虚拟摄像机作为发流端。

进一步优选，在所述摄像机为云台摄像机时，所述基于虚拟摄像机的视频监控方法，还包括：

接收视频终端向对应的虚拟摄像机发送的用于控制云台摄像机的控制指令，根据视频终端对应的虚拟摄像机的优先级，允许优先级高的虚拟摄像机对应的视频终端对云台摄像机进行控制。

本发明还提供了一种基于虚拟摄像机的视频监控装置，应用于视频监控系统，所述视频监控系统包括摄像机，以及向所述摄像机请求视频流的视频终端，所述基于虚拟摄像机的频监控装置，包括：

虚拟化单元，用于接收来自摄像机的基本流视频数据，虚拟出预定数量的虚拟摄像机；

请求处理单元，用于接收到来自视频终端的码流请求，并为接收到的码流请求分配虚拟摄像机作为该视频终端对应的发流端；

码流封装单元，用于接收所述虚拟化单元向所述发流端发送的基本流视频数据，根据码流请求对应的码流封装格式将所述发流端接收的基本流视频数据封装后发送给相应的视频终端。

作为优选，所述虚拟化单元还用于为虚拟出的每个虚拟摄像机设置对应的虚拟VLAN，

所述基于虚拟摄像机的视频监控装置，还包括表格维护单元，用于维护虚拟摄像机使用情况表，

所述虚拟摄像机使用情况表包括虚拟摄像机编号、虚拟摄像机对应的VLAN、虚拟摄像机IP、兼容平台协议和使用情况。

进一步优选，所述表格维护单元，还用于维护媒体流发送表；

所述媒体流发送表包括虚拟摄像机编号、码流封装格式、目的端口、源端口、目的IP和源IP。

作为优选，所述的虚拟化单元还用于设定各个虚拟摄像机的优先级；

所述的请求处理单元根据虚拟摄像机的优先级从未分配的虚拟摄像机中为接收到的码流请求分配虚拟摄像机作为发流端。

进一步优选，在所述摄像机为云台摄像机时，所述基于虚拟摄像机的视频监控装置，还包括云台控制单元，用于接收视频终端向对应的虚拟摄像机发送的用于控制云台摄像机的控制指令，并根据视频终端对应的虚拟摄像机的优先级，允许优先级高的虚拟摄像机对应的视频终端对云台摄像机进行控制。

与现有技术相比，本发明实现了摄像机的共享使用，大大减少物理摄像机的部署数量，提高摄像机的监控利用率，为兼容不同平台，只需要分配多台虚拟相机对接即可，且摄像机只需要发送编码后的基本流，对摄像机的性能要求降低，减少摄像机的投资成本。

附图说明

图1为本发明实施例的视频监控系统的结构示意图；

图2位本发明基于虚拟摄像机的视频监控方法的流程图；

图3为本发明基于虚拟摄像机的视频监控装置的接收示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面将结合具体实施例和附图进一步阐述本发明的方案，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

本实施例以图1所示的视频监控系统为例来进行详细描述，该视频监控系统包括摄像机，以及向该摄像机请求视频流的视频终端，本实施例中视频终端包括公司A，公司B，……，公司X。图1中摄像机连接交换机，各视频终端通过网络连接交换机，摄像机采集监控场景的视频图像并进行编码得到相应的基本流视频数据，基本流视频数据没有进行格式封装，并将该基本流视频数据发送给交换机，交换机用于虚拟出虚拟摄像机与视频终端对接，并将基本流视频数据进行复制给各个虚拟摄像机，且在收到视频终端的码流请求后对相应虚拟摄像机的基本流视频数据进行封装，并将封装后的码流发送给相应的视频终端。

本实施例中，视频终端即为监控终端，可以为PC机、服务器等设备，位于公司A，公司B，……，公司X。

摄像机拍摄的视频图像，通过编码器编码为传送流TS流或PS流，然后加上用于在IP网络中传输的UDP/TCP/RTP等网络报文头部信息以便在网络上以网络报文形式的数据流进行传输。本实施例中的基本流视频数据(Elementary Stream)主要是基于去除掉UDP/TCP/RTP、TS/PS/ONVIF等头部信息后数据流，也称为裸码流。

如图2所示，本实施例的基于虚拟摄像机的视频监控方法，具体包括如下步骤：

(S1)摄像机采集监控场景的视频图像并进行编码得到相应的基本流视频数据，并将该基本流视频数据发送给交换机；

摄像机发送基本流视频数据给交换机有两种方式：

方式一：摄像机以组播VLAN的形式主动发送组播流给交换机；

方式二：交换机主动通知摄像机，摄像机收到该通知后将基本流视频数据以组播VLAN的形式发送组播流给交换机。在整个视频监控系统中，每个设备都有自己的网络地址。本实施例中摄像机发送组播流给交换机的数据格式如表1所示，以交换机作为目的，以摄像机作为源，其中目的MAC和源IP分别指交换机的MAC地址和IP地址，源MAC和源IP分别指摄像机的MAC地址和IP地址。

表1

(S2)交换机收到基本流视频数据后虚拟出预定数量的虚拟摄像机；

作为一种实现方式，虚拟出预定数量的虚拟摄像机，其中预定数量可以在交换机出厂时设置，或在虚拟化前由用户向交换机输入设定，该预定数量具体取值可以根据实际使用情况设定，能满足应用需求即可，无其他特殊要求，与视频监控系统中视频终端的数量无关。且在该情况下虚拟出的虚拟摄像机与视频终端无对应关系。

为保证安全性和可靠性，虚拟出的各个虚拟摄像机都对应有虚拟VLAN，虚拟相机产生的时候会相应生成对应的虚拟VLAN，同时也独立对应一个IP地址，各个虚拟摄像机之间彼此隔离互不影响；且每台虚拟出的摄像机占用交换机的一份物理资源，可以兼容不同的平台。

作为另一种实现方式，虚拟摄像机的预定数量等于系统(即视频监控系统)中视频终端的数量，即虚拟出虚拟摄像机时针对各个视频终端分别虚拟出相应的虚拟摄像机作为相应的发流端。且在该情况下虚拟出的虚拟摄像机与视频终端存在一一对应关系。

实际实现时，虚拟出虚拟摄像机还设定有优先级，为避免冲突，任意两个虚拟摄像机的优先级必须不同。在设定了优先级时，后续在为视频终端分配虚拟摄像机时，根据优先级来分配；如果未设定优先级，后续在为视频终端分配虚拟摄像机时，可以根据虚拟摄像机的编号或名称排序来分配。

各个虚拟摄像机的优先级可以随机设定也可以根据应用需求根据一定的策略指定。通常，当虚拟出的虚拟摄像机与视频终端无对应关系时，各个虚拟摄像机的优先级可以随机设定；当虚拟出的虚拟摄像机与视频终端一一对应关系时，可依据一定的策略设定，例如，根据对应的视频终端的身份设定，例如可以根据视频终端的用户身份设定：在两个视频终端的用户分别为省级和市级时，则以省级视频终端对应的虚拟摄像机的优先级高于市级视频终端对应的虚拟摄像机。

优先级可以采用各种表示方法，如英文字母、数字等，甚至是自行定义的字符。为便于实现，本实施例中采用数字表示，直接按照优先级对各个虚拟摄像机进行采用数字编号，编号越小，则优先级越高。

实际应用时交换机会维护一张虚拟摄像机优先级别表，记录各个虚拟摄像机的权限级别(即优先级)如表2所示，包括虚拟摄像机编号、虚拟摄像机对应的VLAN、虚拟相机IP、使用情况和权限级别。

表2

在整个监控过程中虚拟摄像机的数量可以维持不变，也可以动态变化。

为最大可能的利用系统资源，本实施例中采用动态变化方案，记录各个虚拟摄像机的使用情况，在具体实现时，实时监控每个虚拟摄像机的使用情况(空闲或使用两种使用情况)，根据使用情况调整虚拟摄像机的数量。若空闲时间超过预设的时间阈值，则释放该虚拟摄像机占用的系统资源。释放虚拟摄像机的系统资源实际可理解成删除该虚拟摄像机，释放的系统资源可以用于实现其他操作。

需要说明的是，空闲时间指连续空闲时间，若由空闲情况切换为使用情况时，空闲时间需要归零后重新计时；预设的时间阈值的取值无特殊要求，可根据实际应用需求设定。

为保证监控实时性，交换机还维护有虚拟摄像机使用情况表，该使用情况表记录有虚拟摄像机编号、虚拟摄像机对应的VLAN、虚拟摄像机IP、兼容平台协议和使用情况等信息，具体如表3所示。每当监控到有虚拟摄像机的使用情况发生变化，就及时对虚拟摄像机使用情况表中的相应内容进行更新，从而可以监控各个虚拟摄像机的使用情况，也便于动态调整虚拟摄像机。

表3

(S3)视频终端根据自身需要向交换机发送码流请求，交换机接收到来自视频终端的码流请求后，为接收到的码流请求分配虚拟摄像机作为该视频终端对应的发流端；

交换机根据虚拟摄像机的优先级和使用状态为接收到的码流请求分配虚拟摄像机，每次选择未使用的优先级最高的虚拟摄像机分配为码流请求。

具体实现时，通过查询虚拟摄像机使用情况表，从该虚拟摄像机使用情况表中选中一台未在使用的，并且编号最小的虚拟摄像机X，作为本次会话的发流端。

视频终端发送的码流请求中携带有请求码流的封装协议，视频终端自身的地址(IP地址、端口号)等。交换机接收到该码流请求后，首先需要对该码流请求进行解析，提取出相关信息，如请求码流的封装协议，对应的视频终端的地址(IP地址、端口号)等，并根据请求码流的封装协议确定视频终端请求的码流格式、根据选作发流端的地址和视频终端的地址确定该请求的收发媒体流的地址和端口号。

交换机为码流请求分配虚拟摄像机，实际上是将该虚拟摄像机与对应的视频终端进行网络互连(通过设定各自的目的IP、源IP以及目的端口和源端口等)，使二者能够相互进行信息交互。

确定码流格式、彼此收发媒体流的地址和端口号后，发流端即可按照相应的端口和地址表项，将媒体流发送出去(即进行信息交互)，为了保证数据的正确封装和发送，交换机维护媒体流发送表，以记录收到媒体流的地址和端口号(包括目的端口、源端口、目的IP和源IP)、码流封装格式、以及对应的作为发流端的虚拟摄像机编号，具体如表4所示。

表4

(S4)向发流端发送基本流视频数据，根据码流请求对应的码流封装格式将发流端接收的基本流视频数据封装后发送给相应的视频终端。

实际实现时，交换机接收来自摄像机的基本流视频数据，并向作为发流端的虚拟摄像机发送基本流视频数据。

具体地，向作为发流端的虚拟摄像机发送基本流视频数据：

可以仅向被分配作为发流端的虚拟摄像机发送基本流视频数据，也可以是向虚拟出的每一个虚拟摄像机发送基本流视频数据。考虑到发送基本流视频数据消耗的系统资源，优选可以仅向被分配作为发流端的虚拟摄像机发送基本流视频数据。

码流请求中携带有请求码流的封装协议(码流封装格式)，根据不同视频终端的请求码流的封装协议将基本流视频数据封装成不同的格式。例如，针对对应于公司A的视频终端，将对应虚拟摄像机的基本流视频数据封装成UDP+PS码流格式，针对对应于公司B的视频终端，将对应虚拟摄像机的基本流视频数据封装成UDP+TS码流，针对对应于公司X的视频终端，将对应虚拟摄像机的基本流视频数据封装成TCP+TS码流。

进一步，交换机将基本流视频数据发送给视频终端时，先对发送的码流传输协议进行检测，如果是UDP协议码流，那么就直接发送出去，不会进行缓存；如果是TCP协议码流，那么发流模块会对发出去的报文暂时缓存，在收到对端的确认报文后再清空缓存，没收到确认报文，隔一定的时间会重新发送，以保证数据能完整到达。

可以看出，本实施例的基于虚拟摄像机的多视频终端视频监控方法主要分为两个部分，第一部分是交换机虚拟出虚拟摄像机(包括步骤S1)，第二部分是虚拟摄像机的监控业务处理过程(包括步骤S2～S4)。

本实施例的视频监控方法，在前端是云台摄像机时，还包括接收视频终端向对应的虚拟摄像机发送的用于控制云台摄像机的控制指令，并根据视频终端对应的虚拟摄像机的优先级，允许优先级高的虚拟摄像机对应的视频终端对云台摄像机进行控制。

对摄像机云台的控制，需要根据虚拟摄像机设定的权限等级情况操作。虚拟摄像机在虚拟产生的时候，会依次根据虚拟摄像机编号分配权限的大小，编号小的虚拟摄像机，权限越大。

对摄像机下发控制指令，有以下三种情况：

情况一：接收到来自视频终端向连接的虚拟摄像机发送的用于控制云台摄像机的控制指令时，且摄像机云台(即云台)正被优先级比接收到控制指令的虚拟摄像机高的控制，此时，权限大的虚拟摄像机不能抢占控制权，待当前控制结束后(云台停止操作超时一定时间，该时间可调整，根据实际需要设定即可))，由接收到控制指令中的虚拟摄像机机根据接收到的控制指令对云台进行操作；

情况二：接收到来自视频终端向连接的虚拟摄像机发送的用于控制云台摄像机的控制指令时，且云台正被优先级比该虚拟摄像机低的控制，此时，权限大的虚拟摄像机可以抢占控制权，即直接由接收到控制指令中优先级最高的虚拟摄像机机根据接收到的控制指令对云台进行操作；

情况三：同时接收到来自不同视频终端向连接的虚拟摄像机发送的用于控制云台摄像机的控制指令，且在云台未受控制时，优先级最高的虚拟摄像机根据接收到的控制指令对云台进行操作；且在云台受控制时，将正在控制云台的虚拟摄像机的优先级与所有接收到控制指令的虚拟摄像机的优先级进行比较，根据比较结果按照情况一和二进行后续操作。

例如：

当前云台被优先级为3的虚拟摄像机控制：

(a)若仅接收到一条控制指令：

当发送该控制指令的视频终端对应的虚拟摄像机的优先级为2，则直接由优先级为2接替优先级为3的虚拟摄像机控制云台；

当发送该控制指令的视频终端对应的虚拟摄像机的优先级为4，则继续由优先级为3的虚拟摄像机控制云台，直至结束后再由优先级为2的虚拟摄像机接替优先级为3的虚拟摄像机控制云台；

(b)若接收到两条控制指令：

当发送该两条控制指令的视频终端对应的两台虚拟摄像机的优先级分别为2和4，则直接由优先级为2的虚拟摄像机接替优先级为3的虚拟摄像机控制云台；

当发送控制指令的视频终端对应的两台虚拟摄像机的优先级分别为4和5时，则继续由优先级为3的虚拟摄像机控制云台，直至结束后再由优先级为4的虚拟摄像机接替优先级为3的虚拟摄像机控制云台。

若交换机同时接收到2个控制指令，且两个控制指令分别发送该控制指令的视频终端对应的虚拟摄像机的优先级为2

需要说明的是，当有虚拟摄像机的系统资源被释放后(即该虚拟摄像机被删除)，其余虚拟摄像机的优先级编号不变，例如优先级为2的虚拟摄像机为删除，相应的优先级为3的虚拟摄像机的优先级仍然为3。

对应于上述方法，本实施例还提出了一种基于虚拟摄像机的视频监控装置，应用于如图1所示的视频监控系统，对应于上述方法中描述的交换机，即在上述方法中以交换机为例来进行说明的。该装置可以是专用的单独设备，也可以集成在视频终端与摄像机之间的网络设备上，例如集成在交换机中或集成在与摄像机相连的编码器或网络硬盘录像机NVR上。

本实施例的基于虚拟摄像机的视频监控装置如图3所示，包括：

虚拟化单元，用于接收来自摄像机的基本流视频数据，虚拟出预定数量的虚拟摄像机；

请求处理单元，用于接收到来自视频终端的码流请求，并为接收到的码流请求分配虚拟摄像机作为该视频终端对应的发流端；

码流封装单元，用于接收虚拟化单元向所述发流端发送基本流视频数据，根据码流请求对应的码流封装格式将所述发流端接收的基本流视频数据封装后发送给相应的视频终端。

其中，虚拟化单元还用于为虚拟出的每个虚拟摄像机设置对应的虚拟VLAN。

具体实现时，视频监控装置还包括表格维护单元，用于维护虚拟摄像机使用情况表和媒体流发送表。虚拟摄像机使用情况表用以查看或动态调整虚拟摄像机，媒体流发送表可以保证数据的正确封装和发送。

进一步，本实施例的视频监控装置中虚拟化单元还用于设定各个虚拟摄像机的优先级；

请求处理单元根据虚拟摄像机的优先级从未分配的虚拟摄像机中为接收到的码流请求分配虚拟摄像机作为发流端。

进一步，在摄像机为云台摄像机时，基于虚拟摄像机的视频监控装置还包括云台控制单元，用于接收视频终端向对应的虚拟摄像机发送的用于控制云台摄像机的控制指令，并根据视频终端对应的虚拟摄像机的优先级，允许优先级高的虚拟摄像机对应的视频终端对云台摄像机进行控制。

本实施例基于虚拟摄像机的视频监控装置，在进行视频监控时按照本实施例图2所示的视频监控方法即可。

需要说明的是，本实施例的摄像机，用于采集监控场景的图像并编码得到相应的基本流视频数据，并以组播VLAN的形式发送基本流视频数据。以组播VLAN的方式发送基本流视频数据给交换机，能够有效减少带宽的占用。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。